本实用新型涉及智能交互设备技术领域，具体涉及一种三自由度活动底座以及含有该活动底座的智能交互设备。
背景技术：
智能交互设备通常包含一个模拟人体头部的交互机头，交互机头内设有多种电子器件并承担语音交互、人像识别及监控等多种功能，交互方式以语音为主，这类设备如能结合自身形态的变化模拟人的肢体活动来与人互动则无疑将会有更好的交互效果。具体针对交互机头而言，若能模拟点头、摆头和转头三种动作便可大幅改善交互效果。目前已有一些仿生机器人关节类方案能够实现交互机头的三自由度活动，但这类方案普遍较为复杂方案，实施成本也较高。
技术实现要素：
本实用新型的第一目的在于提供一种能够实现交互机头的点头、摆头和转头动作的三自由度活动底座。
本实用新型的第二目的在于提供一种含有上述三自由度活动底座的智能交互设备。
为实现上述第一目的，本实用新型提供一种三自由度活动底座，包括中空的底座外壳，底座外壳包括底板和顶板，其特殊之处在于，底座外壳内部设有竖置电机、横置电机、纵置电机、连接座、下衔接支架、上衔接支架和外连支架。竖置电机的输出轴竖直朝上设置，横置电机的输出轴垂直于纵置电机的输出轴，横置电机的输出轴轴线与纵置电机的输出轴轴线均垂直于竖直电机的输出轴轴线。
连接座固定设于底板上，竖置电机在机壳外侧套设有连接壳套，连接壳套底端封闭并与底板连接，下衔接支架包括第一轴套、第一壳套和第一衔接臂，第一轴套固定套设于竖置电机的输出轴上，第一壳套固定套设于横置电机的机壳上，第一衔接臂第一端与第一轴套侧面贴合并连接，第一衔接臂第二端与第一壳套侧帽贴合并连接。
上衔接支架包括第二轴套、第二壳套和第二衔接臂，第二轴套固定套设于纵置电机的输出轴上，第二壳套固定套设于纵置电机的机壳上，第二衔接臂第一端与第二轴套侧面贴合并连接，第二衔接臂第二端与第二壳套侧帽贴合并连接。顶板上设有避让孔，外连支架包括连接轴套和连接臂，连接轴套固定套设于纵置电机的输出轴上，连接臂底端与连接轴套侧面贴合并连接，连接臂顶端从避让孔穿出。
由上述方案可见，外连于连接臂上的电子设备借助竖置电机、横置电机和纵置电机可分别模拟人的转头、点头和摆头动作。活动底座中的传动体系仅借助两条衔接臂连接不同电机的机壳和输出轴来实现电机之间的传动，因此结构上得到大幅的简化。由于外连于连接臂上的电子设备重量较轻，传动体系能够为其提供足够的支撑并使其完成相关动作。
进一步的方案是，第一轴套的外径与连接壳套的外径相等，第二轴套与第一壳套的外径相等，连接轴套与第二壳套的外径相等。
由上可见，连接同一电机的轴套和壳套外径相等则电机机壳端和输出轴端在外形及结构强度上大致相同，有助于提高传动体系稳定性。
进一步的方案是，第一轴套、第二轴套和连接轴套的开口端均设置有定位凸起，连接轴套、第一壳套和第二壳套的开口端均设置有两个可与定位凸起侧面抵接的限位凸起。
由上可见，引入定位凸起和限位凸起可有效限制下衔接支架相对连接壳套、上衔接支架相对下衔接支架以及外连支架相对于上衔接支架的转动幅度，尤其有利于对外接电子设备摆头和点头动作的幅度控制。
进一步的方案是，连接轴套的投影至少部分位于第一轴套的端面上。
由上可见，连接轴套的投影至少部分落于第一和轴套的端面上则纵置电机与竖置电机的重心较为靠近，传动体系整体的重心也较为靠近竖置电机的重心，有助于提高活动底座传动体系的结构稳定性。
进一步的方案是，连接壳套底端的侧壁上设有外延圈，外延圈的底面与连接壳套的端面共面。
由上可见，引入外延圈可增大连接壳套与地板的实际接触面积，有助于传动体系整体与底座外壳的稳定连接。
进一步的方案是，连接臂上在避让孔内侧设有弧面挡圈，弧面挡圈的弧形面背向顶板。
由上可见，考虑到外连于连接臂上的电子设备的活动范围，避让孔的尺寸通常较大，在连接臂上引入弧面挡圈有助于在底座外壳内部对避让孔进行遮挡以保护传动体系。
为实现上述第二目的，本实用新型提供一种智能交互设备，包括前述三自由度活动底座和交互机头，交互机头装于连接臂的自由端上，交互机头包括拾音器、扬声器、摄像头和显示屏。
由上可见，在语音交互场景下拾音器可采集语音信号并充当语音交互场景下的输入端，扬声器用于输出语音信号并充当语音交互场景下的输出端，摄像头用于采集视频信号以确定语音交互对象所处的方位，显示屏可依据交互情境输出拟人化的表情动画。智能交互设备借助三自由度活动底座可将交互机头转动至显示屏正对交互对象，还能在交互过程中使交互机头模拟出人的转头、摆头和点头动作，有助于丰富交互体验并改善交互效果。
附图说明
图1是本实用新型智能交互设备实施例的结构图。
图2是本实用新型智能交互设备实施例中交互机头的电学结构框图。
图3是本实用新型智能交互设备实施例的俯视图。
图4是图3的a-a剖视图。
图5是本实用新型三自由度活动底座实施例中传动体系的第一视角结构图。
图6是本实用新型三自由度活动底座实施例中传动体系的第二视角结构图。
图7是本实用新型三自由度活动底座实施例中传动体系的第三视角结构图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见图1以及图3至7，本实用新型提供的三自由度活动底座1包括中空的底座外壳11，底座外壳11包括底板111和顶板112，底座外壳11内部设有竖置电机12、横置电机13、纵置电机14、连接壳套15、下衔接支架16、上衔接支架17和外连支架18。竖置电机12的输出轴竖直朝上设置，横置电机13的输出轴垂直于纵置电机14的输出轴，横置电机13的输出轴轴线与纵置电机14的输出轴轴线均垂直于竖置电机12的输出轴轴线。
连接壳套15固定套设于竖置电机12的机壳外侧，连接壳套15底端封闭并与底板111连接，下衔接支架16包括第一轴套161、第一壳套162和第一衔接臂163，第一轴套161固定套设于竖置电机12的输出轴上，第一壳套162固定套设于横置电机13的机壳上，第一衔接臂163第一端与第一轴套161侧面贴合并连接，第一衔接臂163第二端与第一壳套162侧面贴合并连接。上衔接支架17包括第二轴套171、第二壳套172和第二衔接臂173，第二轴套171固定套设于横置电机13的输出轴上，第二壳套172固定套设于纵置电机14的机壳上，第二衔接臂173第一端与第二轴套171侧面贴合并连接，第二衔接臂173第二端与第二壳套172侧面贴合并连接。顶板112上设有避让孔113，外连支架18包括连接轴套181和连接臂182，连接轴套181固定套设于纵置电机14的输出轴上，连接臂182底端与连接轴套181侧面贴合并连接，连接臂182顶端从避让孔113穿出。
外连于连接臂182上的电子设备借助竖置电机12、横置电机13和纵置电机14可分别模拟人的转头、点头和摆头动作。三自由度活动底座1中的传动体系仅借助两条衔接臂连接不同电机的机壳和输出轴来实现电机之间的传动，因此结构上得到大幅的简化。具体实施时，电机外壳和壳套间、轴套与电机输出轴间可采用类似平键或花键的形式连接。
第一轴套161的外径与连接壳套15的外径相等，第二轴套171与第一壳套162的外径相等，连接轴套181与第二壳套172的外径相等，连接同一电机的轴套和壳套外径相等则传动体系中电机机壳端和输出轴端在外形及结构强度上大致相同，有助于提高传动体系稳定性。
第一轴套161、第二轴套171和连接轴套181的开口端均设置有定位凸起3，连接轴套181、第一壳套162和第二壳套172的开口端均设置有两个可与定位凸起侧面抵接的限位凸起4。引入定位凸起3和限位凸起4可有效限制下衔接支架16相对连接壳套15、上衔接支架17相对下衔接支架16以及外连支架18相对于上衔接支架17的转动幅度，尤其有利于对外接电子设备摆头和点头动作的幅度控制。
连接轴套181的投影至少部分位于第一轴套161的端面上，因此纵置电机14与竖置电机12的重心较为靠近，传动体系整体的重心也较为靠近竖置电机12的重心，有助于提高活动底座传动体系的结构稳定性。
连接壳套15底端的侧壁上设有外延圈151，外延圈151的底面与连接壳套15的端面共面。引入外延圈151可增大连接壳套15与底板111的实际接触面积，有助于传动体系整体与底座外壳11的稳定连接。
连接臂182上在避让孔113内侧设有弧面挡圈183，弧面挡圈183的弧形面背向顶板112。考虑到外连于连接臂182上的电子设备的活动范围，避让孔113的尺寸通常较大，在连接臂182上引入弧面挡圈183有助于在底座外壳11内侧对避让孔113进行遮挡以保护传动体系。
参见图1至4，本实用新型还提供一种智能交互设备，该智能交互设备包括前述三自由度活动底座1和交互机头2，交互机头2装于连接臂182的自由端，交互机头2包括拾音器21、扬声器22、摄像头23和显示屏24。
在语音交互场景下拾音器21可采集语音信号并充当语音交互场景下的输入端，扬声器22用于输出语音信号并充当语音交互场景下的输出端，摄像头23用于采集视频信号以确定语音交互对象所处的方位，显示屏24可依据交互情境输出拟人化的表情动画。智能交互设备借助三自由度活动底座1可将交互机头2转动至显示屏24正对交互对象，还能在交互过程中使交互机头2模拟出人的转头、摆头和点头动作，有助于丰富交互体验并改善交互效果。
交互机头2还包括控制器25，拾音器21、扬声器22、摄像头23和显示屏24均与控制器25电性连接。控制器25通过拾音器21接收唤醒口令后获取摄像头23摄录的影像并确定交互对象所处的方位，随后控制器25控制竖置电机12将交互机头2旋转至显示屏24正对交互对象。控制器25依据拾音器21获取的语音问询信息生成对应的语音应答信息并发送给扬声器22实现语音交互，同时还通过显示屏24输出符合对应语音交互情境的表情动画并控制竖置电机12、横置电机13和纵置电机14实现交互机头2的转头、摆头及点头动作以丰富交互体验。
1.一种三自由度活动底座，包括中空的底座外壳，底座外壳包括底板和顶板，其特征在于：
所述底座外壳内部设有竖置电机、横置电机、纵置电机、连接壳套、下衔接支架、上衔接支架和外连支架，所述竖置电机的输出轴竖直朝上设置，所述横置电机的输出轴垂直于所述纵置电机的输出轴，所述横置电机的输出轴轴线与所述纵置电机的输出轴轴线均垂直于所述竖置电机的输出轴轴线；
所述连接壳套固定套设于所述竖置电机的机壳外侧，所述连接壳套底端封闭并与所述底板连接，所述下衔接支架包括第一轴套、第一壳套和第一衔接臂，所述第一轴套固定套设于所述竖置电机的输出轴上，所述第一壳套固定套设于所述横置电机的机壳上，所述第一衔接臂第一端与所述第一轴套侧面贴合并连接，所述第一衔接臂第二端与所述第一壳套侧面贴合并连接；
所述上衔接支架包括第二轴套、第二壳套和第二衔接臂，所述第二轴套固定套设于所述横置电机的输出轴上，所述第二壳套固定套设于所述纵置电机的机壳上，所述第二衔接臂第一端与所述第二轴套侧面贴合并连接，所述第二衔接臂第二端与所述第二壳套侧面贴合并连接，所述顶板上设有避让孔，所述外连支架包括连接轴套和连接臂，所述连接轴套固定套设于所述纵置电机的输出轴上，所述连接臂底端与所述连接轴套侧面贴合并连接，所述连接臂顶端从所述避让孔穿出。
2.如权利要求1所述的三自由度活动底座，其特征在于：
所述第一轴套的外径与所述连接壳套的外径相等，所述第二轴套与所述第一壳套的外径相等，所述连接轴套与所述第二壳套的外径相等。
3.如权利要求2所述的三自由度活动底座，其特征在于：
所述第一轴套、所述第二轴套和所述连接轴套的开口端均设置有定位凸起，所述连接轴套、所述第一壳套和所述第二壳套的开口端均设置有两个可与所述定位凸起侧面抵接的限位凸起。
4.如权利要求1所述的三自由度活动底座，其特征在于：
所述连接轴套的投影至少部分位于所述第一轴套的端面上。
5.如权利要求1所述的三自由度活动底座，其特征在于：
所述连接壳套底端的侧壁上设有外延圈，所述外延圈的底面与所述连接壳套的底面共面。
6.如权利要求1所述的三自由度活动底座，其特征在于：
所述连接臂上在所述避让孔内侧设有弧面挡圈，所述弧面挡圈的弧形面背向所述顶板。
7.一种智能交互设备，其特征在于：
该智能交互设备包括如权利要求1至6中任意一项所述的三自由度活动底座和交互机头，所述交互机头装于所述连接臂的自由端，所述交互机头包括拾音器、扬声器、摄像头和显示屏。
技术总结